庞统，字士元，襄阳人。他年轻的时候，看着愣头愣脑的，没什么人能看出他有啥本事。颍川有个叫司马徽的，为人清雅，最会看人。庞统二十岁那年去找司马徽，当时司马徽正在树上采桑，就让庞统在树下坐着，俩人一聊就从白天聊到了晚上。司马徽越聊越觉得庞统不一般，说他称得上是南州读书人里的头一号，打这起，庞统才慢慢有了名气。
《襄阳记》里说，诸葛亮被称为卧龙，庞统被称为凤雏，司马徽被称为水镜，这都是庞德公说的。庞德公是襄阳人，诸葛亮每次到他家，都会独自在床前下拜，庞德公起初也没拦着。有回司马徽去拜访庞德公，正赶上庞德公要渡沔水去给先人上坟，司马徽就直接进了他家，喊来庞德公的妻子儿女，让他们赶紧做饭，还说：“徐元直刚才说有客人要来我这儿跟庞公聊天。” 庞德公的妻子儿女就都在堂下排好队行礼，忙着准备饭菜。没过一会儿，庞德公回来了，直接就过来坐下，俩人聊得热乎，压根看不出谁是客人。司马徽比庞德公小十岁，却把他当哥哥待，喊他庞公，所以大伙儿都以为庞公是庞德公的名字，其实不是。庞德公的儿子庞山民，名声也不错，娶了诸葛亮的小姐姐，在魏国做黄门吏部郎，死得早。庞山民的儿子庞涣，字世文，晋朝太康年间做了牂牁太守。庞统是庞德公的侄子，小时候没什么人看重他，就庞德公觉得他行。庞统十八岁的时候，庞德公让他去见司马徽，司马徽跟他一聊，过后就叹着气说：“庞德公可真会看人，这庞统实在是有大德之人啊。”
后来，郡里任命庞统做功曹。他这人就喜欢研究人际关系，热心于培养扶持人才。每次他称赞别人，往往都比那人实际的才能夸得过分，当时有人觉得奇怪就问他为啥。庞统说：“现在天下大乱，正道越来越不行了，好人少坏人多。我正想振兴风俗，弘扬道义，要是不把他们说得好点，那他们的名声就不值得让人仰慕，不值得仰慕的话，愿意做好事的人就更少了。现在我推荐十个人，就算有五个不太行，那也能得到五个有用的，还能推崇社会教化，让有志向的人自己勉励自己，这不也挺好吗？”
吴国将领周瑜帮刘备拿下荆州，顺势当了南郡太守。周瑜死了之后，庞统送他的灵柩回吴国，吴国人好多都听说过庞统的名声。等他要往西返回的时候，吴国人在昌门给他送行，陆绩、顾劭、全琮都来了。庞统说：“陆先生就好比是劣马，但有快跑的力气；顾先生就好比是笨牛，却能驮着重物走很远。”
《张勃吴录》里说，有人问庞统：“按你这么说，陆先生更胜一筹吗？” 庞统说：“劣马就算跑得再快，能驮的也不过一个人罢了；笨牛一天能走三百里，能驮的难道就只是一个人的重量吗！” 顾劭还跟庞统住了一晚，聊天的时候问他：“你出了名的会看人，我跟你比谁更强点？” 庞统说：“要说熏陶教化社会风气，品评鉴别人才，我比不上你；但要是论起帝王的隐秘策略，掌握世事祸福的关键，我好像比你稍强一点。” 顾劭觉得他说得在理，就跟他亲近起来。
庞统又对全琮说：“你喜欢施舍，看重名声，有点像汝南的樊子昭。”《蒋济万机论》里说，许子将评价人不公平，抬举樊子昭却贬低许文休。刘晔说：“樊子昭从商贩里被提拔出来，到了六十岁，退能安于清静，进能不随便行事。” 蒋济回答说：“樊子昭确实从小到大品行端正，但看他那说话的样子，可比不上许文休。” 庞统觉得全琮虽然智谋不算多，可也是一时的人才。陆绩、顾劭对庞统说：“要是天下太平了，咱们就一起品评天下的人才。” 之后他们跟庞统结下深厚交情，庞统才回去。
刘备掌管荆州的时候，庞统以从事的身份代理耒阳县令，在县里把事儿办得一塌糊涂，结果被免了官。吴国将领鲁肃给刘备写信说：“庞士元可不是只能治理一个小县城的人才，要是让他担任治中、别驾这样的官职，才能真正施展他的才能啊。” 诸葛亮也在刘备面前推荐庞统，刘备就召见庞统，跟他聊得很投机，非常器重他，任命他为治中从事。
《江表传》里说，刘备跟庞统闲聊的时候问他：“你曾经是周公瑾的功曹，我当初到吴国，听说有人偷偷跟孙权说事儿，劝他把我留住，有这回事吗？在谁手下就为谁办事，你就别瞒着我了。” 庞统回答说：“确实有这事儿。” 刘备叹着气说：“我那时候处境危急，有求于孙权，所以不得不去，差点就落在周瑜手里了！天下有智谋的人，想法都差不多啊。当时孔明劝我别去，他的心意特别诚恳，也是担心这事儿。我觉得孙权的防备重点在北方，应该会依靠我作为援助，所以才下定决心没犹豫。那可真是走在险路上，不是万全的办法啊。”
刘备对庞统的亲近和待遇仅次于诸葛亮，后来庞统就跟诸葛亮一起担任军师中郎将。《九州春秋》里说，庞统劝刘备：“荆州荒凉残破，人才都快没了，东边有孙权，北边有曹操，想形成三足鼎立的局面，怕是难成事儿。现在益州国家富裕，百姓强盛，户口有一百万，军队装备样样齐全，宝物货物不用从外面求，现在可以暂时借过来成就大事。” 刘备说：“现在跟我水火不容的是曹操，曹操待人严苛，我就待人宽厚；曹操行事残暴，我就行事仁慈；曹操诡诈，我就忠厚；每次都跟曹操反着来，才能把事儿办成。现在因为这点小利益就在天下人面前失信失义，我可干不出来。” 庞统说：“形势变化的时候，本来就不是一种办法能搞定的。兼并弱小的，攻打昏庸的，这是五霸干的事。用不合常规的手段取得，再用合乎道义的方式守住，之后用大恩大惠报答，事成之后，封给他们一个大的封地，这怎么能算失信呢？现在不拿下益州，最后也会被别人占了便宜。” 刘备听了就决定进军益州。
诸葛亮留下来镇守荆州，庞统跟着刘备进了蜀地。
益州牧刘璋和刘备在涪县会面，庞统向刘备进献计策说：“现在趁这个会面的机会，就可以把刘璋抓起来，这样将军您不用费兵力，就能稳稳当当地拿下整个益州。” 刘备说：“刚进入别人的地盘，还没树立起恩德和信誉，这么做不行。”
刘璋回到成都后，刘备本该替刘璋北伐汉中，庞统又劝他说：“暗地里挑选精兵，日夜不停地赶路，直接偷袭成都；刘璋本来就没什么军事才能，又向来没做防备，大军突然赶到，一下子就能平定益州，这是上计。杨怀、高沛是刘璋手下的名将，各自握着强兵，据守在关头，听说他们好几次写信劝谏刘璋，让他打发将军回荆州。将军您不如在还没到他们那儿时，派人跟他们通个信，就说荆州有急事，要回去救援，再让士兵整理行装，表面上装作要回去的样子；这两个人既佩服将军的英名，又高兴将军要离开，肯定会骑着轻骑来见您，将军趁机把他们抓起来，夺取他们的兵权，然后进军成都，这是中计。退回白帝城，和荆州连接起来，慢慢再谋划夺取益州，这是下计。要是犹豫不决不行动，将会导致大麻烦，不能再拖延了。”
刘备觉得中计不错，就按计行事，杀了杨怀、高沛，转头向成都进军，所到之处都顺利攻克。在涪县举行盛大聚会，摆上酒奏起乐，刘备对庞统说：“今天这聚会，可真是开心啊。” 庞统说：“攻打别人的国家还以此为乐，这不是仁义之师该做的事。” 刘备喝醉了，生气地说：“周武王讨伐商纣，士兵们前歌后舞，难道不是仁义之举吗？你说的话不对，赶紧起身出去！” 于是庞统犹豫着退了出去。
过了没多久，刘备就后悔了，让人把庞统请回来。庞统回到原来的座位上，一开始没理会刘备的道歉，还是像往常一样喝酒吃饭。刘备问他：“刚才的争论，是谁错了？” 庞统回答说：“君臣都有错。” 刘备大笑起来，宴会又像刚开始那样欢乐。
《三国志》的注释者习凿齿说：称霸称王的人，必须以仁义为根本，以诚信和顺为宗旨，一样不具备，那他的治国之道就偏离了。现在刘备袭取刘璋的地盘，是为了成就大业而使用权谋，违背了诚信和情理，道德和道义上都有过失，虽然功业因此兴盛，但也应该深深为这种过失感到痛心，就好比砍断手来保全身体，有什么可高兴的呢？庞统担心这话泄露出去，知道他的君主最终会醒悟，所以在众人面前纠正他的错误，而不采用平常那种谦虚的方式，正直地说出恰当的话，尽显他直言进谏的风格。君主有过失而能加以纠正，这是有贤臣；能接纳正确的意见而不固执己见，这是遵从道理；有贤臣就能使朝廷兴盛，遵从道理就能使各种计策都得到实施；一句话就使三种好处都显现出来，一时的劝谏而道义流传百代，真可以说是通晓大体了。如果因为爱惜小的过失而放弃大的益处，计较这些过头的话，自己拒绝远方的忠言，那能成就功业、处理事务的，从来没有过。
裴松之认为，谋划袭取刘璋，计策虽然出自庞统，但违背道义取得成功，本来就是用的诡诈手段，心里既然有愧疚，那欢乐的情绪自然会收敛，所以听到刘备说欢乐的话，不自觉地就随口回应了。刘备在宴会上喝得酣畅时说错话，这事和以别人的灾祸为乐一样，还自比周武王，竟然没有一点惭愧的神色，这是刘备有过错而庞统没有过失，庞统说 “君臣都有错”，大概是分担过错的话罢了。习凿齿的论述，虽然大的主旨没什么偏差，但推演的言辞，有点流于夸张了。
后来进军围攻雒县，庞统率领士兵攻城，被流箭射中，去世了，当时三十六岁。刘备非常痛惜，一说起他就流泪。任命庞统的父亲为议郎，后来又升为谏议大夫，诸葛亮还亲自去拜见他。追赐庞统关内侯的爵位，谥号靖侯。
庞统的儿子庞宏，字巨师，性格刚直，敢褒贬人物，他轻视傲慢尚书令陈祗，被陈祗压制，在涪陵太守任上去世。庞统的弟弟庞林，以荆州治中从事的身份参与镇北将军黄权征讨吴国的战事，正赶上军队战败，跟着黄权投降了魏国，魏国封他为列侯，官至钜鹿太守。
《襄阳记》里说，庞林的妻子是同郡习祯的妹妹。习祯的事迹记载在杨戏的《辅臣赞》里。曹操攻破荆州时，庞林的妻子和庞林分开了，她独自抚养年幼的女儿十多年，后来庞林跟着黄权投降魏国，才重新团聚。魏文帝听说后认为她很贤德，赏赐她床帐衣服，来彰显她的义节。